CN214953740U - 一种电流突变检测电路以及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电流检测技术领域，尤其涉及一种电流突变检测电路以及装置，电路包括：采样单元；第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元以及第四滤波单元；比较单元，包括第一比较模块与第二比较模块，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元分别与所述采样单元、所述第一比较模块连接，所述第三滤波单元、所述第四滤波单元分别与所述采样单元、所述第二比较模块连接；或运算单元，分别与所述第一比较模块和所述第二比较模块连接。通过上述电流突变检测电路，只需根据或运算单元是否输出高电平或者低电平，即可检测得出待测单元是否发生电流突变的情况。

Description

一种电流突变检测电路以及装置

技术领域

本实用新型属于电流检测技术领域，尤其涉及一种电流突变检测电路以及装置。

背景技术

现有的电器件在使用过程中，容易产生电流在极短时间内发生较大变化的现象，即电流突变，例如无线充电系统在充电过程中，电池突然开路、设备突然移动等，会出现电流过冲的情况，可能会损坏无线充电系统。所以，需要加入保护措施进行保护。

最常见的保护措施就是实时检测电器件电流，当电器件电流产生突变时产生保护信号。通常的做法是通过ADC采样，比较前后两次的差值来作为判断依据，在差值大于阈值时，则判断产生电流突变现象，在差值小于阈值时，则判断未产生电流突变现象。但是，判断的阈值会直接影响到灵敏度，灵敏度调高会很容易导致误触发，灵敏度低就容易出现不保护的情况，所以两者之间需要折中处理，花很多时间反复的尝试，而且往往得不到很好的阈值。

实用新型内容

本实用新型提供一种电流突变检测电路，旨在解决现有电流突变检测方式需要花很多时间尝试，却也往往得不到很好的阈值，导致保护效果不佳的技术问题。

本实用新型是这样实现的，提供一种电流突变检测电路，包括：

采样单元，与待测单元连接；

第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元以及第四滤波单元；

比较单元，包括第一比较模块与第二比较模块，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元分别与所述采样单元、所述第一比较模块连接，所述第三滤波单元、所述第四滤波单元分别与所述采样单元、所述第二比较模块连接；

或运算单元，分别与所述第一比较模块和所述第二比较模块连接；

其中，所述第一滤波单元的截止频率高于所述第二滤波单元的截止频率，所述第三滤波单元的截止频率低于所述第四滤波单元的截止频率。

更进一步地，所述采样单元包括电流互感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及采样电阻，所述电流互感一端分别连接所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极，所述电流互感另一端分别连接所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极，所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极分别连接所述第一滤波单元、所述第二滤波单元以及所述采样电阻一端，所述第三二极管的正极和所述第四二极管的正极连接所述采样电阻另一端。

更进一步地，所述第一滤波单元包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻一端连接所述采样单元，所述第一电阻另一端分别连接所述第一电容一端以及所述第一比较模块，所述第一电容另一端连接接地端。

更进一步地，所述第二滤波单元包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻一端连接所述采样单元，所述第二电阻另一端分别连接所述第二电容一端以及所述第一比较模块，所述第二电容另一端连接接地端。

更进一步地，所述第三滤波单元包括第三电阻和第三电容，所述第三电阻一端连接所述采样单元，所述第三电阻另一端分别连接所述第三电容一端以及所述第二比较模块，所述第三电容另一端连接接地端。

更进一步地，所述第四滤波单元包括第四电阻和第四电容，所述第四电阻一端连接所述采样单元，所述第四电阻另一端分别连接所述第四电容一端以及所述第二比较模块，所述第四电容另一端连接接地端。

更进一步地，所述第一比较模块包括第一比较器或者第一运算放大器，还包括第五电阻，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一滤波单元，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的反相输入端分别连接所述第二滤波单元和所述第五电阻，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的输出端连接所述或运算单元；所述第二比较模块包括第二比较器或者第二运算放大器，还包括第六电阻，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第三滤波单元，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的反相输入端分别连接所述第四滤波单元和所述第六电阻，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的输出端连接所述或运算单元。

更进一步地，所述或运算单元包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的正极连接所述第一比较模块，所述第六二极管的正极连接所述第二比较模块，所述第五二极管的负极连接所述第六二极管的负极。

本实用新型还提供一种电流突变检测装置，包括：

待测单元；

如上所述的电流突变检测电路。

更进一步地，所述电流突变检测装置应用于无线充电系统，所述待测单元为所述无线充电系统的发射线圈或者接收线圈。

本实用新型的有益效果在于，当电流突变变大时，第一滤波单元的截止频率高于第二滤波单元的截止频率，第一比较模块输出高电平，第三滤波单元的截止频率低于第四滤波单元的截止频率，第二比较模块输出低电平，经过或运算单元后，总输出为高电平，则可检测得出发生电流突变变大的情况；当电流突变变小时，第一滤波单元的截止频率高于第二滤波单元的截止频率，第一比较模块输出低电平，第三滤波单元的截止频率低于第四滤波单元的截止频率，第二比较模块输出高电平，经过或运算单元后，总输出为低电平，则可检测得出发生电流突变变小的情况；综合上述，通过上述电流突变检测电路，只需根据或运算单元是否输出高电平或者低电平，即可检测得出待测单元是否发生电流突变的情况，且可准确检测出待测单元是发生电流突变变大还是电流突变变小的情况。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电流突变检测电路的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的电流突变检测电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的电流突变检测电路的仿真原理图；

图4是本实用新型实施例提供的在第一种电路参数设定下的输入电流以及电流突变检测信号波形图；

图5是本实用新型实施例提供的在第二种电路参数设定下的输入电流以及电流突变检测信号波形图；

图6是本实用新型实施例提供的在第三种电路参数设定下的输入电流以及电流突变检测信号波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型提供的电流突变检测电路中，当电流突变变大时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出高电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出低电平，经过或运算单元140后，总输出为高电平，则可检测得出发生电流突变变大的情况；当电流突变变小时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出低电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出高电平，经过或运算单元140后，总输出为低电平，则可检测得出发生电流突变变小的情况；综合上述，通过上述电流突变检测电路，只需根据或运算单元140是否输出高电平或者低电平，即可检测得出待测单元200是否发生电流突变的情况，且可准确检测出待测单元200是发生电流突变变大还是电流突变变小的情况。

实施例一

参考图1，本实施例一提供一种电流突变检测电路，包括：

采样单元110，与待测单元200连接；

第一滤波单元121、第二滤波单元122、第三滤波单元123以及第四滤波单元124；

比较单元130，包括第一比较模块131与第二比较模块132，所述第一滤波单元121、所述第二滤波单元122分别与所述采样单元110、所述第一比较模块131连接，所述第三滤波单元123、所述第四滤波单元124分别与所述采样单元110、所述第二比较模块132连接；

或运算单元140，分别与所述第一比较模块131和所述第二比较模块132连接；

其中，所述第一滤波单元121的截止频率高于所述第二滤波单元122的截止频率，所述第三滤波单元123的截止频率低于所述第四滤波单元124的截止频率。

采样单元110用于检测待测单元200的电流，并将检测到的电流分别传输到第一滤波单元121、第二滤波单元122、第三滤波单元123和第四滤波单元124。

当电流突变变大时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出高电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出低电平，经过或运算单元140后，总输出为高电平，则可检测得出发生电流突变变大的情况。

当电流突变变小时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出低电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出高电平，经过或运算单元140后，总输出为低电平，则可检测得出发生电流突变变小的情况。

当电流未发生突变时，第一比较模块131和第二比较模块132均输出低电平，则可得知未发生电流突变的情况。

其中，电流突变触发响应时间和灵敏度由第一滤波单元121、第二滤波单元122、第三滤波单元123以及第四滤波单元124的截止频率决定。

综合上述，通过上述电流突变检测电路，采用纯硬件电路，只需根据或运算单元140是否输出高电平或者低电平，即可检测得出待测单元200是否发生电流突变的情况，且可在或运算单元140输出高电平时，准确检测出待测单元200是发生电流突变变大的情况，在或运算单元140输出低电平时，准确检测出待测单元200是发生电流突变变小的情况。

实施例二

参考图2，在实施例一的基础上，本实施例二的所述采样单元110包括电流互感CT、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4以及采样电阻Rs，所述电流互感CT一端分别连接所述第一二极管D1的正极和所述第三二极管D3的负极，所述电流互感CT另一端分别连接所述第二二极管D2的正极和所述第四二极管D4的负极，所述第一二极管D1的负极和所述第二二极管D2的负极分别连接所述第一滤波单元121、所述第二滤波单元122以及所述采样电阻Rs一端，所述第三二极管D3的正极和所述第四二极管D4的正极连接所述采样电阻Rs另一端。

在其它实施例中，采样单元110也可采用霍尔传感器代替电流互感CT，亦能实现对待测单元200的电流采样。

进一步地，所述第一滤波单元121包括第一电阻R1和第一电容C3，所述第一电阻R1一端连接所述采样单元110，所述第一电阻R1另一端分别连接所述第一电容C3一端以及所述第一比较模块131，所述第一电容C3另一端连接接地端。具体来说，第一电阻R1一端分别连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极以及采样电阻Rs，第一电阻R1另一端分别连接第一电容C3和第一比较模块131。其中，第一电阻R1和第一电容C3组成RC滤波电路。

其中，第一滤波单元121的截止频率计算公式如下：

进一步地，所述第二滤波单元122包括第二电阻R2和第二电容C4，所述第二电阻R2一端连接所述采样单元110，所述第二电阻R2另一端分别连接所述第二电容C4一端以及所述第一比较模块131，所述第二电容C4另一端连接接地端。第二电阻R2和第二电容C4组成RC滤波电路。具体来说，第二电阻R2一端分别连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极以及采样电阻Rs，第二电阻R2另一端分别连接第二电容C4以及第一比较模块131。其中，第二电阻R2和第二电容C4组成RC滤波电路。

其中，第二滤波单元122的截止频率计算公式如下：

进一步地，所述第三滤波单元123包括第三电阻R5和第三电容C7，所述第三电阻R5一端连接所述采样单元110，所述第三电阻R5另一端分别连接所述第三电容C7一端以及所述第二比较模块132，所述第三电容C7另一端连接接地端。具体来说，第三电阻R5一端分别连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极以及采样电阻Rs，第三电阻R5另一端分别连接第三电容C7以及第二比较模块132。其中，第三电阻R5和第三电容C7组成RC滤波电路。

其中，第三滤波单元123的截止频率计算公式如下：

进一步地，所述第四滤波单元124包括第四电阻R6和第四电容C8，所述第四电阻R6一端连接所述采样单元110，所述第四电阻R6另一端分别连接所述第四电容C8一端以及所述第二比较模块132，所述第四电容C8另一端连接接地端。具体来说，第四电阻R6一端分别连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极以及采样电阻Rs，第四电阻R6另一端分别连接第四电容C8以及第二比较模块132。其中，第四电阻R6和第四电容C8组成RC滤波电路。

其中，第四滤波单元124的截止频率计算公式如下：

在本实施例中，所述第一比较模块131包括第一比较器或者第一运算放大器U1，还包括第五电阻R3，所述第一比较器或者所述第一运算放大器U1的同相输入端连接所述第一滤波单元121，所述第一比较器或者所述第一运算放大器U1的反相输入端分别连接所述第二滤波单元122和所述第五电阻R3，所述第一比较器或者所述第一运算放大器U1的输出端连接所述或运算单元140。具体来说，第一比较器或者第一运算放大器U1的同相输入端分别连接第一电阻R1和第一电容C3，第一比较器或者第一运算放大器U1的反相输入端分别连接第二电阻R2、第二电容C4以及第五电阻R3。其中，第二电阻R2和第五电阻R3分压给第一比较器或者第一运算放大器U1的反相输入端提供直流偏置，从而防止误触发。

在本实施例中，所述第二比较模块132包括第二比较器或者第二运算放大器U2，还包括第六电阻R4，所述第二比较器或者所述第二运算放大器U2的同相输入端连接所述第三滤波单元123，所述第二比较器或者所述第二运算放大器U2的反相输入端分别连接所述第四滤波单元124和所述第六电阻R4，所述第二比较器或者所述第二运算放大器U2的输出端连接所述或运算单元140。具体来说，第二比较器或者第二运算放大器U2的同相输入端分别连接第三电阻R5和第三电容C7，第二比较器或者第二运算放大器U2的反相输入端分别连接第四电阻R6、第四电容C8以及第六电阻R4。其中，第四电阻R6和第六电阻R4分压给第二比较器或者第二运算放大器U2的反相输入端提供直流偏置，从而防止误触发。

进一步地，所述或运算单元140包括第五二极管D5和第六二极管D6，所述第五二极管D5的正极连接所述第一比较模块131，所述第六二极管D6的正极连接所述第二比较模块132，所述第五二极管D5的负极连接所述第六二极管D6的负极。具体来说，第五二极管D5的正极连接第一比较器或者第一运算放大器U1的输出端，第六二极管D6的正极连接第二比较器或者第二运算放大器U2的输出端。

在待测单元200电流突变变大时，由于第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较器或者第一运算放大器U1的正输入引脚电压变化比负输入引脚电压变化快，则第一比较器或者第一运算放大器U1输出高电平。由于第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较器或者第二运算放大器U2的正输入引脚电压变化比负输入引脚电压变化慢，则第二比较器或者第二运算放大器U2输出低电平。经过或运算单元140后，或运算单元140输出高电平，则根据或运算单元140输出的高电平，可检测得出待测单元200发生电流突变变大的情况。

在待测单元200电流突变变小时，由于于第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较器或者第一运算放大器U1的正输入引脚电压变化比负输入引脚电压变化慢，则第一比较器或者第一运算放大器U1输出低电平。由于第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较器或者第二运算放大器U2的正输入引脚电压变化比负输入引脚电压变化快，则第二比较器或者第二运算放大器U2输出高电平。经过或运算单元140后，或运算单元140输出低电平，则根据或运算单元140输出的低电平，可检测得出待测单元200发生电流突变变小的情况。

在待测单元200未发生电流突变的情况时，第一比较器或者第一运算放大器U1的输入正电压低于输入负电压，第二比较器或者第二运算放大器U2的输入正电压低于输入负电压，则第一比较器或者第一运算放大器U1、第二比较器或者第二运算放大器U2输出为低电平。

在此，对电流突变检测电路进行仿真，图3为电流突变检测电路的仿真原理图。

仿真一，电路参数设定为：R1＝10KΩ，R2＝10KΩ，R3＝1MΩ，C3＝100pF，C4＝1nF，R5＝10KΩ，R6＝10KΩ，R4＝1MΩ，C7＝1nF，C8＝100pF。电流信号源设定为：0A-2A-0A周期性跳变，信号源周期为12mS，跳变速率为2A/500uS。通过仿真，可得到如图4所示的波形图，在电流突然上升而下降时，电流突变检测电路的输出会触发高电平信号。

仿真二，与仿真一的电路参数设定相同，电流信号源设定为：0A-2A-0A周期性跳变，信号源周期为12mS，跳变速率为2A/2mS。通过仿真，可得到如图5所示的波形图，电流突变速率变慢为原来的1/4后，电流突变检测电路的输出没有触发高电平信号。

仿真三，电路参数设定为：R1＝10KΩ，R2＝10KΩ，R3＝1MΩ，C3＝100pF，C4＝4nF，R5＝10KΩ，R6＝10KΩ，R4＝1MΩ，C7＝4nF，C8＝100pF。电流信号源设定为：0A-2A-0A周期性跳变，信号源周期为12mS，跳变速率为2A/2mS。通过仿真，可得到如图6所示的波形图，电流突变速率变慢为原来的1/4后，RC滤波频率变为原来的1/4，电流突变检测电路的输出会触发高电平信号。

通过上面的三组仿真实验可得知，调整RC滤波的频率可以有效改变电路对检测电路突变的灵敏度，减小RC滤波频率可以提高检测电流突变灵敏度。同时因为引入了直流偏置，所以能够有效防止误触发。

实施例三

本实施例三提供一种电流突变检测装置，包括：

待测单元200；

如实施例一和实施例二所述的电流突变检测电路。

其中，所述电流突变检测装置应用于无线充电系统，所述待测单元200为所述无线充电系统的发射线圈或者接收线圈。当然，待测单元200也可以为其它，本实用新型的电流突变检测电路能够用于检测任何的电流突变。

在本实用新型提供的电流突变检测电路中，当电流突变变大时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出高电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出低电平，经过或运算单元140后，总输出为高电平，则可检测得出发生电流突变变大的情况；当电流突变变小时，第一滤波单元121的截止频率高于第二滤波单元122的截止频率，第一比较模块131输出低电平，第三滤波单元123的截止频率低于第四滤波单元124的截止频率，第二比较模块132输出高电平，经过或运算单元140后，总输出为低电平，则可检测得出发生电流突变变小的情况；综合上述，通过上述电流突变检测电路，只需根据或运算单元140是否输出高电平或者低电平，即可检测得出待测单元200是否发生电流突变的情况，且可准确检测出待测单元200是发生电流突变变大还是电流突变变小的情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流突变检测电路，其特征在于，包括：

采样单元，与待测单元连接；

第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元以及第四滤波单元；

比较单元，包括第一比较模块与第二比较模块，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元分别与所述采样单元、所述第一比较模块连接，所述第三滤波单元、所述第四滤波单元分别与所述采样单元、所述第二比较模块连接；

或运算单元，分别与所述第一比较模块和所述第二比较模块连接；

其中，所述第一滤波单元的截止频率高于所述第二滤波单元的截止频率，所述第三滤波单元的截止频率低于所述第四滤波单元的截止频率。

2.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述采样单元包括电流互感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及采样电阻，所述电流互感一端分别连接所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极，所述电流互感另一端分别连接所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极，所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极分别连接所述第一滤波单元、所述第二滤波单元以及所述采样电阻一端，所述第三二极管的正极和所述第四二极管的正极连接所述采样电阻另一端。

3.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻一端连接所述采样单元，所述第一电阻另一端分别连接所述第一电容一端以及所述第一比较模块，所述第一电容另一端连接接地端。

4.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述第二滤波单元包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻一端连接所述采样单元，所述第二电阻另一端分别连接所述第二电容一端以及所述第一比较模块，所述第二电容另一端连接接地端。

5.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述第三滤波单元包括第三电阻和第三电容，所述第三电阻一端连接所述采样单元，所述第三电阻另一端分别连接所述第三电容一端以及所述第二比较模块，所述第三电容另一端连接接地端。

6.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述第四滤波单元包括第四电阻和第四电容，所述第四电阻一端连接所述采样单元，所述第四电阻另一端分别连接所述第四电容一端以及所述第二比较模块，所述第四电容另一端连接接地端。

7.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，

所述第一比较模块包括第一比较器或者第一运算放大器，还包括第五电阻，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一滤波单元，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的反相输入端分别连接所述第二滤波单元和所述第五电阻，所述第一比较器或者所述第一运算放大器的输出端连接所述或运算单元；

所述第二比较模块包括第二比较器或者第二运算放大器，还包括第六电阻，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第三滤波单元，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的反相输入端分别连接所述第四滤波单元和所述第六电阻，所述第二比较器或者所述第二运算放大器的输出端连接所述或运算单元。

8.如权利要求1所述的电流突变检测电路，其特征在于，所述或运算单元包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的正极连接所述第一比较模块，所述第六二极管的正极连接所述第二比较模块，所述第五二极管的负极连接所述第六二极管的负极。

9.一种电流突变检测装置，其特征在于，包括：

待测单元；

如权利要求1至8任一项所述的电流突变检测电路。

10.如权利要求9所述的电流突变检测装置，其特征在于，所述电流突变检测装置应用于无线充电系统，所述待测单元为所述无线充电系统的发射线圈或者接收线圈。

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